2.6　微波介质陶瓷及器件的发展趋势

随着移动通信向高容量、大众化和便捷化的方向发展，要求微波介质陶瓷向微型化、低损耗、高稳定及片式化、生产大规模化及低成本方向发展，相应的微波介质陶瓷的发展趋势为高Q值、介电常数和温度系数的系列化，向这一趋势发展需要在理论上有所突破。在探索与开发新材料体系方面开展大量工作，不断改进与优化制备技术以满足实用化需求，采用离子复合取代等方法提高现有材料的综合性能。

今后微波介质陶瓷的发展主要体现在以下几个方面：

（1）开发新型高性能微波介质陶瓷体系。尤其要重视对新型高介电常数（εr>110）和中高介电常数类陶瓷体系的探索。在众多τf趋近于0的商业化陶瓷［如BaMg1/3Ta2/3O3（BMT）、BaZn1/3Ta2/3O3（BZT）、SrTiO3-LaAlO3（STLA）、CaTiO3-NdAlO3（CTNA）、Ba4Nd9.333Tu18O54（BNT）等］中，相对介电常数εr处于45～80之间的材料基本为空白。为了满足微波通信的需求，开发这类材料是很有意义的工作方向。

（2）今后微波介质材料的性能有望提高。Qf值大于100000GHz，满足甚高频（10GHz～80GHz）应用要求；εr在2～2000范围内，以适应材料在不同领域内的多种用途；τf在（-100～+300）×10-6/℃范围内系列化。根据以上性能要求，可以采用同种材料体系的离子复合取代或不同材料体系的复合，提高材料的性能。

（3）探索传统微波介质陶瓷的低温烧结，开发中低温烧结微波介质陶瓷新体系。随着电子器件小型化、轻量化的发展，低温共烧技术也越来越成熟，这就要求微波介质陶瓷材料具有较低的烧结温度，以便与电极共烧。

（4）采用新工艺和新技术，以提高Q值和介电常数。目前，热压烧结法、微波快速闪烧技术、化学合成法（如sol-gel法等）在获得较好的微波介质材料性能上取得了一定的成果。以化学合成法为例，它可以制备出纯度较高的微波介质材料，减小材料的本征损耗，提高Q值。

（5）电可调微波器件材料。又称频率捷变微波介质陶瓷，所谓电可调性是指材料的相对介电常数随外加电场而变化的非线性特征，可以将这种特性的材料应用于移相器（phase shifter）中，即通过控制外加电场改变微波电路的等效介电常数，从而控制电磁波的波长，最终达到相位移的改变。此外，还可以应用于可调谐滤波器、延迟线以及可调电容器等可调微波器件。用于电可调微波器件的材料必须具备：①介电非线性；②高调谐率，调谐率（tunability）是指介电常数随电场的相对变化，通常要求其大于10％；③低介电损耗（tan δ<0.01）；④低漏导电流；⑤良好的温度稳定性。

目前，相关研究主要集中在居里温度在室温以下的钛酸锶钡（Ba，Sr）TiO3（BST）陶瓷上，但是高电可调性的BST材料在微波频率下具有较高的介电常数和介电损耗，达不到应用要求，所以对BST陶瓷的改性和寻找新的体系对国防军事和微波通信技术具有重要意义。

（6）强化理论基础。目前大多数研究都是对实验结果的总结，缺乏足够的理论分析和指导。例如铅基钙钛矿微波介质陶瓷中高介电常数和低介电损耗共存的现象，尚无完整的理论来解释。今后需要进一步探讨微波介电损耗、晶体结构、物相以及微波介电性能之间的关系。并且，为了调节微波介质陶瓷的综合介电性能，还要更深入地探讨各微波介电性能之间的关系，争取在理论上有所突破，为微波介质陶瓷材料改性以及新型陶瓷材料的探索打下坚实的理论基础。